Az alacsony vagy magas fehérjetartalmú étrendhez való tartós alkalmazkodás nem befolyásolja az izomfehérje szintézisének sebességét - alvizsgálat

Rick Hursel

1 Humánbiológiai Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatás A Metabolizmusban, Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

Eveline A. P. Martens

1 Humánbiológiai Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatás A Metabolizmusban, Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

Hanne K. J. Gonnissen

1 Humánbiológiai Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatás A Metabolizmusban, Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

Henrike M. Hamer

2 Humán Mozgástudományi Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatási Iskola az anyagcserében Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

Joan M. G. Senden

2 Humán Mozgástudományi Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatási Iskola az anyagcserében Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

Luc J. C. van Loon

2 Humán Mozgástudományi Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatási Iskola az anyagcserében Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

Margriet S. Westerterp-Plantenga

1 Humánbiológiai Tanszék, Táplálkozási és Transzlációs Kutatás A Metabolizmusban, Maastrichti Egyetem, Maastricht, Hollandia,

A kísérletek megtervezése és megtervezése: RH HMH LJCL MSW-P. Végezte a kísérleteket: RH EAM HJKG. Elemezte az adatokat: RH EAM HJKG. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: HMH JMGS LJCL. Írta az írást: RH LJCL MSW-P.

Társított adatok

Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Absztrakt

Háttér

Ellenőrzött 36 órás kísérletek alapján a magasabb étkezési fehérjebevitel pozitív fehérjeegyensúlyt és negatív zsíregyensúlyt eredményez. A pozitív nettó fehérjeegyensúly támogathatja a zsírmentes tömeg felhalmozódását. Kevés adat áll rendelkezésre azonban a szokásos fehérjebevitel hosszabb ideig tartó változásainak hatásáról az egész test fehérje anyagcseréjére és az izomfehérje szintézis sebességére.

Célkitűzés

Az egész test fehérjeforgalmának és az izomfehérje-szintézis sebességének változásainak értékelése 12 hetes alkalmazkodást követően az alacsony és magas étrendi fehérjebevitelhez.

Mód

Véletlenszerű, párhuzamos vizsgálatot végeztek 40 alanyon, akik magas fehérjetartalmú (2,4 g fehérje/kg/d) vagy alacsony fehérjetartalmú (0,4 g fehérje/kg/d) energiatartalmú étrendet követtek (30/35/35% vagy 5/60/35% energia fehérjéből/szénhidrátból/zsírból) 12 héten keresztül. 7 férfiból és 8 nőből álló alcsoportot (testtömeg-index: 22,8 ± 2,3 kg/m 2, életkor: 24,3 ± 4,9 év) választottak ki annak érdekében, hogy értékeljék a magas vagy alacsony fehérjebevitelhez való tartós alkalmazkodás hatását az egész test fehérje-anyagcseréjére és az izomfehérje szintézisének sebessége. A diéta után az alanyok folyamatos infúziókat kaptak L- [gyűrű-2H5] fenilalaninnal és L- [gyűrű-2H2] tirozinnal egy éjszakán át éheztetett állapotban, vérmintákat és izombiopsziákat gyűjtöttek az utóabszorpciós teljes test értékelésére. fehérjeforgalom és izomfehérje-szintézis sebessége in vivo emberben.

Eredmények

Bevezetés

A magas fehérjetartalmú étrend évek óta vonzza az érdeklődést, mivel képesek megőrizni a zsírmentes tömeget (FFM) a negatív energiamérleg során [1, 2]. Bár semleges vagy pozitív energiamérlegben van, az étkezési fehérjefogyasztás 3 hónapos átmeneti növekedése az FFM növekedéséhez vezethet [3, 4], különösen a rendszeres testmozgással kombinálva [5]. Ezért az étkezési fehérjebevitel átmeneti növekedése megelőző intézkedésként működhet a testsúly stabilan tartása érdekében [6]. Az alacsony vagy magas fehérjebevitelhez való tartós alkalmazkodásnak az egész test fehérjegyensúlyára vagy az izomfehérje szintézisére (MPS) gyakorolt hatását azonban még nem értékelték. A fehérjeszintézis növekedése, a fehérje lebontásának egyidejű csökkenésével együtt, a megnövekedett fehérjefogyasztás miatt felelős lehet az FFM megőrzéséért vagy növekedéséért, függetlenül az energiaháztartástól.

Anyagok és metódusok

Tárgyak

Az alanyokat toborozták a helyi újságokban és az egyetemi hirdetőtáblákon megjelenő hirdetések útján. Az alanyok toborzása 2012 novemberében kezdődött, és a tanulmányt 2013 januárja és 2013 szeptembere között végezték el. Az alanyok szűrésen estek át, és mindegyikük egészséges volt, nemdohányzók, nem használtak gyógyszert (kivéve az orális fogamzásgátlást) és mérsékelt alkoholfogyasztók (9 a Három Faktoros Étkezési Kérdőív validált holland fordításával értékelték [17]. A Baecke Activity Questionnaire validált holland fordítását használták a szokásos fizikai aktivitás mérésére [18]. Minden, a vizsgálatban emberi alanyokat érintő eljárást, amelyet a fő vizsgálat alanyainak egy alcsoportjával hajtottak végre [15], a Maastrichti Egyetem Orvosi Központjának Orvosi Etikai Bizottsága külön jóváhagyott. Ezt a tanulmányt a Helsinki Nyilatkozatban lefektetett iránymutatások szerint is elvégezték. Minden alany írásbeli tájékozott beleegyezést adott. A fő vizsgálatot [15] a klinikai trial.gov webhelyen regisztrálták, azonosítója> NCT01551238. Ennek a tárgyalásnak a protokollja és a támogató CONSORT ellenőrzőlista elérhető kiegészítő információként; lásd az S1 protokollt és az S1 CONSORT ellenőrzőlistát.

Dizájnt tanulni

A vizsgálat randomizált, egyszeresen vak, párhuzamos kialakítású volt, és hosszú távú (12 hetes) étrendi beavatkozásból állt. Az alanyokat véletlenszerűen két csoportba osztották, amelyek vagy HP-t kaptak (2,4 g fehérje/kg/nap, 30/35/35% energia fehérjéből/szénhidrátból/zsírból), vagy pedig LP-vel kiegyensúlyozott étrendet kaptak (0,4 g fehérje/kg/nap). d, fehérje/szénhidrát/zsír energiájának 5/60/35% -a).

Asztal 1

ΔHPLPTotalP-érték

N (M/F)	9 (4/5)	6 (3/3)	15 (7/8)
Kor (Y)	23,9 ± 4,2	25,0 ± 6,2	24,3 ± 4,9	0.686
Magasság (m)	1,70 ± 0,08	1,70 ± 0,09	1,70 ± 0,09	0,899
Súly (kg)	62,8 ± 6,1	67,3 ± 8,6	65,1 ± 7,1	0,312
Δ Súly (kg)	+0,71 ± 0,8	+0,06 ± 1,2	+0,45 ± 0,98	0,216
BMI (kg/m 2 )	22,1 ± 2,4	23,3 ± 2,2	22,6 ± 2,3	0,373
Δ BMI (kg/m 2 )	+0,26 ± 0,30	+0,04 ± 0,39	+0,17 ± 0,34	0,903
FM%	24,2 ± 7,3	22,7 ± 7,8	23,6 ± 7,3	0,339
Δ FM (%)	+0,04 ± 1,31	+0,32 ± 0,97	+0,15 ± 1,16	0,672
FFM%	75,8 ± 7,3	77,4 ± 7,8	76,5 ± 7,3	0,709
Δ FFM (%)	-0,04 ± 1,31	-0,32 ± 0,97	-0,15 ± 1,16	0,672
HAVER	1,82 ± 0,14	1,79 ± 0,15	1,81 ± 0,14	0.677

A Δ 12 hét alatt változik. BMI, testtömeg-index; FM, zsírtömeg; FFM, zsírmentes tömeg; PAL, fizikai aktivitás szintje. Ezek az adatok az elemzett populációra vonatkoznak, nem pedig a randomizált populációra. Az értékeket átlag ± SD-ként fejezzük ki. Az adatokat egyirányú ANOVA-val elemeztük. A táblázat adaptálva és módosítva Martens et al. [15].

A fehérjebevitel és a 24 órás fehérjeforgalom biomarkere

A nitrogénkiválasztást használták biomarkerként a fehérje bevitelére (a megfelelés mérésére) és a 24 órás fehérjeforgalom becslésére. Az alanyok 24 órás vizeletüket öt különböző időpontban gyűjtötték össze a 12 hetes időszak alatt. A begyűjtés az első reggel 8:00 órakor történt megsemmisítés után kezdődött, és az első ürítést is beleértve másnap 08:00 óráig tartott. A 24 órás vizelet teljes mennyiségét feljegyeztük. A vizeletet 2 literes vizeletpalackokba gyűjtöttük, 10 ml hígított sósavval (4 mmol/l) hozzáadva, hogy megakadályozzuk a párologtatással történő nitrogénveszteséget. A vizeletet óvatosan összekevertük, a mintákat vettük és -20 ° C-on tároltuk az elemzésig. A nitrogénkoncentrációkat nitrogén-analizátorral (CHO-O-Rapid; Hereaus) mértük. A 24 órás fehérjeforgalmat az előírt fehérjebevitel és a vizeletből mért nitrogén kiválasztási adatok felhasználásával számoltuk.

Tesztnap

3 cm-rel a fascián keresztül történő bejutás alatt, perkután tűbiopszia technikával [22]. Az izommintákat gondosan boncoltuk és szabadítottuk fel a látható, nem izomanyagtól. Az izommintákat folyékony nitrogénben azonnal lefagyasztották, és további elemzésig –80 ° C-on tárolták.

Plazmaelemzés

A plazma glükóz (Uni Kit III, 07367204; Roche) koncentrációit COBAS-FARA félautomatikus analizátorral (Roche) elemeztük. Az inzulint radioimmun vizsgálattal (Insulin RIA kit; LINCO Research Inc.) elemeztük. Az aminosav-analízis plazmáját (100 ml) jégen 10 mg száraz 5-szulfoszalicilsavval fehérjéből eltávolítottuk, összekevertük, és a tiszta felülúszó folyadékot centrifugálás után összegyűjtöttük. A plazma aminosavkoncentrációkat HPLC alkalmazásával határoztuk meg o-ftaldialdehiddel végzett oszlop előtti származékképzés után [23]. A plazma dúsítási mérésekhez a plazma Phe-t és Tyr-t derivativá t-butil-dimetil-szilil-származékokká alakították, és gázkromatográfia – tömegspektrometriával (GC-MS) (Agilent 6890N GC/5973N MSD; Agilent) analizálták a 336 és 341 jelöletlen és címkézett (gyűrű-2H5) Phe esetén; és 466, 468 és 470 tömeg a nem jelzett és a jelzett (gyűrű-2 H2 és gyűrű-2 H4) Tyr esetében [24]. Ezt követően a jelöletlen: nem jelölt származékok arányait gázkromatográfia – égés izotóp arány tömegspektrometriával (FinniganMAT 252; ThermoFisher Scientific) elemeztük. Az összes izotóp dúsítási elemzés során standard regressziós görbéket alkalmaztunk a tömegspektrométer linearitásának felmérésére és a nyomjelző elvesztésének ellenőrzésére.

Izomelemzés

Az L- [gyűrű-2H5] Phe-dúsulás mérésére az izomszövet-mentes aminosav-készletben és az kevert izomfehérjében 55 mg nedves izmot fagyasztva szárítottunk. A kollagént, a vért és más nem izomrost anyagokat fénymikroszkóp alatt eltávolítottuk az izomrostokból. Megmértük az izolált izomrost-tömeget (10-15 mg), és hozzáadtunk 8 térfogatot (az izolált izomrostok 8-szoros száraz tömege x nedves: száraz arány) jéghideg 2% perklórsavat. A szövetet homogenizáltuk és centrifugáltuk. A felülúszó folyadékot ugyanúgy összegyűjtöttük és feldolgoztuk, mint a plazmamintákat, így szövetmentes L- [gyűrű-2H5] Phe-dúsulásokat meg lehetett mérni t-butil-dimetil-szilil-származékaik felhasználásával GC-MS-en.

A fehérjepelletet 3 további 1,5 ml 2% -os perklórsav mosással mossuk, szárítjuk és 6 mol/l sósavoldatban 120 ° C-on 15-18 órán át hidrolizáljuk. A hidrolizált fehérjefrakciót nitrogénáram alatt szárítottuk, miközben 120 ° C-ra hevítettük, és 50% -os ecetsavoldatot adtunk hozzá, és a hidrolizált fehérjét Dowex-cserélő gyantán (AG 50W-X8, 100–200 mesh hidrogén alakban) engedtük át. Biorad) 2 mol/l NH4OH alkalmazásával. Az eluátumot összegyűjtjük, és az L- [gyűrű-2H5] Phe-t derivativá alakítjuk N-metil-N-terc-butil-dimetil-szilil-trifluor-acetamid-fenil-etil-aminná [25]. Ezt követően a jelölt: nem jelölt származékok arányát GC-MS alkalmazásával határoztuk meg. A tömegspektrométer linearitásának felmérésére és a nyomjelző elvesztésének szabályozására standard regressziós görbéket alkalmaztunk.

Számítások

Az L- [gyűrű-2H5] Phe és az L- [gyűrű-2H2] Tyr intravénás infúzióját, valamint artériás vérmintákat alkalmaztunk az egész test fehérje-anyagcseréjének értékelésére egyensúlyi állapotban. A teljes Phe megjelenési arányt (Ra) kiszámítottuk Steele módosított egyenleteinek felhasználásával [26, 27]. Ezeket a változókat az alábbiak szerint számoltuk:

ahol F az intravénás nyomjelző infúzió sebessége (μmol/kg/perc), pV (0,125) a Phe eloszlási térfogata [27]. C (t) a plazma átlagos Phe-koncentrációja két egymást követő időpont között. A dE iv/dt az intravénás nyomjelzőből származó plazma Phe-dúsítás időfüggő változásait mutatja, az E iv (t) pedig az intravénás nyomjelzőből származó átlagos plazma-Phe-dúsulás 2 egymást követő időpont között. Az összes Ra a teljes test fehérje lebontásából származó Phe plazma bejutását jelenti. A Phe teljes eltűnési sebessége (teljes Rd) megegyezik a Phe-Tyr konverziós sebességgel (a Phe oxidáció első lépése) és a fehérjeszintézisben való felhasználással. Ezeket a változókat az alábbiak szerint számoltuk:

ahol Phe Rd és Tyr Ra a Phe és Tyr fluxussebességei; Et (t) és Ep (t) az L- [gyűrű-2H2] Tyr és az L- [gyűrű-2H5] Phe átlagos plazma-dúsulása; és F p a Phe nyomjelző infúziós sebessége. Az FSR-t (%/h-ban) a prekurzor-termék módszerével számítottuk ki [24]:

ahol ΔE p az izomfehérjéhez kötött L- [gyűrű-2H5] Phe Δ növekedése az inkorporációs időszak alatt. Az E prekurzor az átlagos plazma L- [gyűrű-2H5] Phe-dúsulás az aminosav beépülésének meghatározásához szükséges időtartam alatt, t pedig a biopsziák közötti időintervallum (h).

Statisztikai analízis

BCAA, elágazó láncú aminosavak; EAA, esszenciális aminosavak; AA, aminosavak. Az értékeket átlag ± SEM-ben fejezzük ki. Az adatokat egyirányú ANOVA-val elemeztük.

2B. Ábra a plazma L- [gyűrű2H5] fenilalaninnal való dúsulásának időbeli lefutását mutatja. A plazma L- [gyűrű 2 H5] fenilalanin-dúsítások szignifikánsan magasabbak voltak az LP csoportban a HP csoporthoz képest (P 3. ábra . Az egész test fehérjeszintézise, amelyet a Phe-hasznosítás tükröz, és amelyet a teljes Phe Rd átlagaként fejezünk ki, mínusz a Phe Tyr-vé alakulásának aránya, szignifikánsan magasabb volt a HP csoportban (38,9 ± 4,2 μmol Phe/kg/h, 95% CI: 36,1–42,0; P 2 H5] Az első és a második biopszia közötti Phe-dúsítás nem különbözött a HP-csoport és az LP-csoport között (0,0094 ± 0,0023 vs 0,0101 ± 0,032 MPE; P = 0,395).

Nyilvánvaló, hogy a nitrogénvisszatartás adatait nagy körültekintéssel kell értelmezni, amikor azokat az egész test vagy az izom fehérje anyagcseréjének változásaihoz használjuk. Nyilvánvaló, hogy további munkára van szükség annak felmérésére, hogy az utóabszorpciós teljes test fehérje egyensúlyának és az alap izomfehérje szintézisének fenntartása együtt jár-e az etetés (izom) fehérje szintetikus reakciójának változásával [33].

Noha nem állt szándékunkban értékelni a nemek közötti lehetséges különbségeket a bazális fehérje egyensúlyban és az éhomi MPS arányban, megfigyeltünk különbségeket a teljes test fehérje egyensúlya és a vegyes izomfehérje szintézis aránya tekintetében a férfiak és a nők között. A férfiak és a nők kis száma ellenére adataink azt mutatják, hogy az utóabszorpciós teljes test- és izomfehérje-szintézis aránya nagyobb volt a nőknél, mint a férfiaknál, miután korrigálták a zsírmentes tömeg különbségeit. Úgy tűnik, hogy ez összhangban áll néhány [34] -val, de természetesen nem minden kutatóval, akik általában nem képesek észlelni a nemek közötti jelentős különbségeket az utóabszorpciós izomfehérje-szintézis arányában [35–38].

Összegzésképpen elmondható, hogy az alacsony étrendi fehérjebevitelhez való tartós alkalmazkodás csökkenti az éhomi, az egész test fehérjeforgalmát, de nem veszélyezteti az utóabszorpciós teljes test nettó fehérjegyensúlyát. A posztabszorpciós vázizomfehérje szintézis aránya megmarad akkor is, ha (nagyon) alacsony fehérjetartalmú étrendet fogyasztunk (0,4 g/kg/nap).